光量子产额测量仪

图1 来源：诺贝尔奖委员会官网。北京时间10月4日17时45分，有着“理科综合奖”之称的诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定将2023年诺贝尔化学奖授予美国科学家Moungi G.Bawendi、Louis E Brus，俄罗斯科学家Alexei l.Ekimov ，以表彰他们对量子点的发现和研究。该奖项的授予充分表明了量子点技术在科学领域中的又一重要突破。 01量子点是一种纳米级半导体发光材料，通过施加一定的电场或光压，这些纳米半导体就会发出特定频率的光，而发出光的频率会随着半导体的尺寸的改变而变化。因此，我们通过控制它们的尺寸和形状，就可以控制其发出的光的颜色（如图2），从而获得独特的光学和电子特性（如图2）。 图2 量子点荧光随尺寸的变化示例。 由于量子点丰富的物理化学性质，吸引了很多学者投身其中，目前已经形成了很多重要的前沿技术。除了我们熟知的已经商业化的量子点液晶显示以外，量子点还可以用于未来显示、光伏发电、高性能激光光源应用、单光子光源应用以及作为荧光探针用于生物成像等。 02 作为一种独特的纳米材料，在量子点的研究中，首先会关注其光谱特征和量子产率；在一些情况下，电致发光效率和荧光寿命也是需要被测量的参数。 #宽广的光谱测量 在生物荧光探针等应用的量子点研究中，不仅需要测量可见光区的光谱，还可能需要测量近红外红外光的光谱。 图3 从可见到近红外连续光谱测量的双探测器方案。为了契合这样的需要，滨松Quantaurus-QY plus中不仅配备了高灵敏度高信噪比背照式CCD探测器（探测范围从紫外至约1100nm的近红外，如图3上左），而且配备了专门用于近红外波段的InGaAs探测器（从850nm至1650nm，如图3上右）。作为在光电行业深耕细作几十年，光探测器产品线非常宽广的技术型公司，滨松在Quantaurus系列产品中均选用了自产的探测器。并基于对探测器的深刻理解与定制，开发出了特有的“光谱无缝缝合”技术，使得通过可见光探测器和近红外探测器所得到的光谱能够衔接在一起（如图3），从而使用户可以在350-1650nm的范围内，横跨可见及近红外区域得到完整且精准的光谱和真实的量子产率数值。(如图4） 图4 文献案例：横跨可见到红外的光谱测量。500nm左右的峰为吸收光谱，1300nm左右的峰为发射光谱。(N. Hasebe, et al. Anal. Chem.&ensp 87&ensp (2015), 2360)。 #精准的量子产率测量滨松量子产率测试仪对上至100%，下至1%以下的量子产率都具有非常准确的测量能力（如图5）。 图5 滨松量子效率分析仪对一些标准样品的测试值与文献值的对比(K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009), 9850)。 为了得到精确的结果，除了在硬件方面精益求精，滨松也一直在研究量子产率测量中的各种误差来源。比如对于许多量子点，激发光谱和发射光谱会有所重叠（如图6）；这意味着量子点发出的荧光有可能被自身再次吸收——这种自吸收（reabsorption)现象会导致量子产率的测量值低于真实值，而且越浓的溶液低估得越厉害（如图7）。图6 几种量子点的吸收及发射光谱。实线为吸收光谱，多点连线为发射光谱；蓝绿黑红对应着量子点尺寸从小到大。(U. Resch-Genger, et al. Nat. Methods 5 (2008), 763)。 针对这种低估量子产率的可能，滨松运用了对应的自动测量流程及算法（K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys.&ensp 11&ensp (2009), 9850）保证得到最为准确的量子产率读数（如图7）。 图7 自吸收（Reabsorption)校正结果示例(K. Suzuki, et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009), 9850)。#滨松量子产率测量仪Quantaurus-QY plus

2018先进材料研究国际研讨会于2018年8月2日至8月5日在中国上海市举行，此次会议由中国材料研究学会、北京理工大学、东华大学和应用物理化学国家重点实验室（陕西应用物理化学研究所）联合主办。研讨会旨在推动中外材料科学与技术科学的发展，扩大中外学者在科学研究层面的合作水平，同时为国内材料研究工作者和博士生提供有关综述和展望近年来新材料最新进展和科研成果的平台。会议现场滨松中国展台滨松近红外绝对量子产率测量仪Quantaurus-QY PLUS C13534亮相了本次会议。绝对法是一种快速而准确测定量子效率的方法，该方法具有低能源消费与高环境保护的特点，所以被广泛应用于先进材料研究。滨松近红外绝对量子产率测量仪Quantaurus-QY PLUS是采用绝对法测量光致发光材料量子产率（PLQY）的集成化全新产品，通过集成光源、分光系统、积分球以及探测器于一体，大大提高了空间利用率，产品的软件操作自动化，让用户可以简单、便捷地使用产品。其可以测量薄膜、粉末以及液体样品，包含样品的激发光谱、发射光谱、量子产率、色度参数、EEM谱。在前代产品的基础上，Quantaurus-QY PLUS C13534增加了可扩展近红外探测器通道以及可扩展外接光源的接口。可扩展的近红外通道可以将量子产率的测量范围扩展至300-1650nm，覆盖市面上发光材料量子效率测量需求波段。与普通双通道探测器不同，滨松的双通道探测器测量结果通过算法拟合，结合JCSS级别的校准技术，可以让双通道结果无缝接合，得到稳定结果。产品的外接光源扩展接口可外接激光器以及高能氙灯等光源，可以轻松测量低量子产率以及上转换发光的材料，满足客户对于低发光效率以及上转换材料的测量需求。滨松近红外绝对量子产率测量仪 Quantaurus-QY PLUS C13534产品涉及领域广泛，包括荧光粉、量子点、有机电致发光材料、金属有机框架材料、PV敏化染料电池片、荧光探针、钙钛矿材料、上转换材料、AIE材料等。凭借优秀的性能以及滨松高效优质的技术支持和产品服务，近红外绝对量子产率测量仪Quantaurus-QY PLUS在研讨会期间受到了与会专家学者的高度关注。

“新春上班第一天，省委、省政府就召开高规格的全省性会议，不仅是省委、省政府对民营企业的重视，也是对我们民营企业的激励，我深感使命在肩。”国仪量子技术（合肥）股份有限公司董事长贺羽说。　　国仪量子成立于2016年12月，是一家以量子精密测量为核心技术的专精特新“小巨人”企业，主要从事量子精密测量、量子计算及高端科学仪器的技术研发和相关产品的研制、生产与销售。国仪量子通过不断地原始创新、沿途下蛋和技术整合，以“鼎新”带动“革故”，打造以量子测量仪器为核心的先进仪器产业集群。去年，国仪量子营收超4亿元，实现连年翻番，研发投入占比近30%，现有员工600余人，其中，研发人员占比近70%，荣获“独角兽企业”称号。　　据介绍，公司成立时就承接了中国科大原始创新成果的产业化任务，并在国家及省市多项重点研发项目的支持下，不断进行原始创新，陆续研制并发布了多款“人无我有”“人有我优”的高端科学仪器。在公司的高端科学仪器产业化过程中，诞生了一系列关键部件，均取得了性能指标的突破。这些部件形成的产品，不仅提升了国产化率，同时为公司带来了更广阔的市场空间。　　“随着原始创新设备和关键器件在市场的推广应用，国仪量子在科学仪器行业形成了集聚效应，技术关联或市场相近的一些科学仪器团队不断聚拢、融合发展，形成以量子测量仪器为核心的先进仪器产业集群雏形。”贺羽介绍，公司成立7年来，集中精力办好自己的事情。目前，实现了量子精密测量仪器全球市场占有率领先；顺磁共振谱仪国内市场占有率第一，并超过其他进口品牌总和；电子显微镜年成交量近200台，国内市场占有率前三，超过其他国产品牌总和。目前，公司正在积极有序筹备上市工作。　　“国仪量子将立足安徽，坚持量子科技和高端科学仪器主航道，催生出更多‘从0到1’的原创性成果，突破一批‘卡脖子’关键核心技术，不断拓展行业应用示范场景，助力量子领域科技创新实现并跑领跑。”贺羽说。